【正文】 ，把這種調(diào)節(jié)作用可看成為細(xì)調(diào)，一直到靜態(tài)偏差完全消失，積分作用才停止；而在 PID 的輸出中，比例作用是自始至終與偏差相對(duì)應(yīng)的，它是一種基本的調(diào)節(jié)作用。 PID控制器 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié) [5]。 由以上分析可知 噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)又靈敏，只要根據(jù)汽溫的變化適當(dāng)?shù)淖兏鄳?yīng)的減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，改變進(jìn)入減溫器的減溫水量即可達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫的目的。改變煙氣量即改變煙氣流速的方法有： （ 1）采用煙氣再循環(huán) 。當(dāng)汽溫高時(shí)應(yīng)盡量先投用下排的燃燒器，汽溫低時(shí)可切換成上排噴燃器運(yùn)行 。 改變火焰的中心位置可以改變爐內(nèi)輻射吸熱量和進(jìn)入過熱器的煙氣速度，因而可以調(diào)節(jié)過熱汽溫。 第一級(jí)布置在分隔屏過熱器之前，被調(diào)參數(shù)是屏式過熱器出口汽溫，其主要任務(wù)是保護(hù)屏式過 熱器，防止壁管超溫。煙氣側(cè)的調(diào)節(jié)，使通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對(duì)流受熱面 的吸熱量分配比例的方法或改變流經(jīng)過熱器的煙氣量的方法來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。 在減溫水流量擾動(dòng)下，導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)可表 示為： 22202 2()() ( ) (1 ) nSKWS S T S???? ? （ 23） 式中 ： 2K — 減溫水流量擾動(dòng)下導(dǎo)前汽溫的放大系數(shù)； 2T —為減溫水流量擾動(dòng)下導(dǎo)前汽溫對(duì)象的時(shí)間常數(shù)； 2n — 階數(shù)； 在減溫水流量擾動(dòng)下，過熱汽溫的傳遞函數(shù)可表示 為： 0010 0()() ( ) (1 ) nKSWS S T S???? ? （ 24） 式中： 0K 一減溫水流量擾動(dòng)下過熱蒸汽溫度的放大系數(shù)； 0T —為減溫水流量擾動(dòng)下過熱蒸汽溫度的時(shí)間常數(shù)； 0n — 階數(shù)； 對(duì)象惰性區(qū)的傳遞函數(shù)可表示為： 11101 21()() ( ) (1 ) nSKWS S T S???? ? （ 25） 式中： 1K —減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的放大系數(shù)； 1T — 為減溫水流量擾動(dòng)下惰性區(qū)溫度的時(shí)間常數(shù)； 1n — 階數(shù)； 總的來說，根據(jù)對(duì)過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)得出的動(dòng)態(tài)特性曲線可知，它們均為有延遲的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值有較大 的差別。 當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長(zhǎng)的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動(dòng)地點(diǎn) 與測(cè)量蒸汽溫度的地點(diǎn)之間有著較大的距離，此 時(shí)過熱器是一個(gè)有純滯后的多容對(duì)象。 當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量的變化使沿整個(gè)過熱器管路長(zhǎng)度上各點(diǎn)的蒸汽流速幾乎同時(shí)改變，從而改變過熱器的對(duì)流放熱系數(shù)，使沿整個(gè)過熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)改變，因而汽溫反應(yīng)較快。 提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因?yàn)楫a(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過過熱器煙氣也就減少了。其前饋信號(hào)有主蒸汽溫度和壓力的給定值的函數(shù)，還有主蒸汽流量代表機(jī)組負(fù)荷以及送風(fēng)量、燃燒器火嘴擺動(dòng)傾角等。副回路采用 PID2 調(diào)節(jié)器，它接受一級(jí)減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號(hào)。主回路的被控量為二級(jí)減溫器入口的蒸汽溫度，其實(shí)測(cè)值送入主回路與其給定值進(jìn)行比較，形成二級(jí)減溫器入口蒸汽溫度的偏差信號(hào)。減溫器共有四只，每級(jí)安裝兩只，每只噴水量為每級(jí)噴水量的一半。 長(zhǎng)春理工大 學(xué) 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 4 1布置在煙溫 1200℃區(qū)域的屏式過熱器； 3布置在煙溫為 1000℃ 和 900℃區(qū)域內(nèi)的對(duì)流過熱器； 4布置在燃燒室內(nèi)的輻射過熱器 圖 21 布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器氣溫特性 過熱器的基本結(jié)構(gòu) 300MW 單元機(jī)組是是我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組的主 要 型號(hào) 。 其 管屏懸掛在爐頂?shù)匿摿荷?，受熱后能自由的向下膨脹? （ 1）對(duì)流過熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對(duì)流傳熱的過熱器，稱為對(duì)流式過熱器。 并對(duì)該系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定。 一長(zhǎng)春理工大 學(xué) 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 2 直以來，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者都在積極研究將這些新的控制算法應(yīng)用到過熱蒸汽溫度的控制上。 隨著控制理論的發(fā)展， PID 控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了鍋爐的過熱蒸汽溫度控制中 。因此，在鍋爐運(yùn)行中，保證過熱蒸汽的溫度達(dá)標(biāo)是非常重要的 [1]。過熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要，所以對(duì)其控制有較高的要求。 2． 本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均 已在文中注明。 關(guān)鍵詞 ：過熱蒸汽溫度 串級(jí)控制系統(tǒng) Smith 預(yù)估器 MATLAB 仿真 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) Ⅱ Abstract The superheated steam temperature control system is an important and indispensable unit aircrew part, its performance and reliability has bee ensure safety and economic behavior of the unit aircrew important factors. The superheated steam temperature is higher, the thermal efficiency is relatively high, but is high, the metal materials and the turbine unable to bear, the temperature is too low will influence the unit efficiency. The superheated steam temperature stability of the unit safe and economic operation is very important, so for the control have higher requirements. But because the superheated steam temperature is a typical timedelayed, large inertia, nonlinear and changeable plex system, this design USES the cascade control in order to improve the control performance of the system, in the system by the mastercascade control of switching device, make the system can be used in different working environment. By using this system, can make the boiler overheating export steam temperature in allowed within the scope of the change, and the protection of superheater wall temperature not more than allow the camp of working temperature. Key words: the superheated steam temperature。在這些因素的共同作用下，過熱汽溫對(duì)象除了具有多容、大慣性、大延遲的特性之外，往往還表現(xiàn)出一定的非線性和時(shí)變特性，因此，過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)是鍋爐各項(xiàng)控制系統(tǒng)中較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)之一。同時(shí)還具有延遲和慣性較大等特性。并且通過仿真驗(yàn)證來控制效果。同時(shí)，通過相應(yīng)控制器去控制減溫水調(diào)節(jié)閥的閥位開度，根據(jù)調(diào)節(jié)減溫水的流量大小來控制過熱蒸汽溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過熱蒸汽溫度控制。蛇形管與聯(lián)箱上的管接頭焊接在一起。 圖 21是布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器的汽溫特性示意圖。采用輻射式、半輻射式和對(duì)流過熱器聯(lián)合過熱系統(tǒng)，以獲得良好的過熱蒸汽溫度變化特性。 該 300MW 機(jī)組鍋爐的過熱蒸汽溫度控制采用二級(jí)噴水減溫控制方式。主回路的控制由 PID1 來完成。該系統(tǒng)與一級(jí)減溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同 ，不同之處在于：主、副調(diào)節(jié)器輸入的偏差信號(hào)不同，采用的前饋信號(hào)也不同。因此本次設(shè)計(jì)主要是對(duì) 二級(jí)減溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使機(jī)組在不同負(fù)荷下維持鍋爐二級(jí)減溫器入口和二級(jí)減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。 在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會(huì)影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會(huì)影響過熱汽溫，火焰中心相對(duì)提高時(shí)，過熱汽溫將升高。動(dòng)態(tài)特性曲線如圖 25（ a） 所示。綜上所述，可歸納出以下幾點(diǎn)： （ 1）過熱器出口蒸汽溫度對(duì)象不管在哪一 種擾動(dòng)下都有延遲和慣性，有自平衡能力。因此，要求鍋爐設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)溫手段，以 減小擾動(dòng) 對(duì)汽溫波動(dòng)的影響。噴水減溫的方法是將水呈霧狀直接噴射到過熱蒸汽中去與之混合，吸收過熱蒸汽的熱量使本身加熱，蒸發(fā)，過熱，最后也成為過熱蒸汽的一部分。第二級(jí)噴水減溫器往往分兩側(cè)布置，以減小過熱汽溫?zé)崞?。改變火焰中心位置的方法有? （ 1）調(diào)整噴燃器的傾角。當(dāng)汽溫高時(shí)，可開大上排二次風(fēng)，關(guān)小下排二次風(fēng)，以壓低火焰中心。采用這種方法是將過熱器處的對(duì)流煙道分隔成主煙道和旁路煙道兩部分。本次設(shè)計(jì)就是采用噴水減溫作為主要調(diào)節(jié)手段 。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲 得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。記下 δk 和 Tk，然后按經(jīng)驗(yàn)公式來確定調(diào)節(jié)器的各參數(shù)值。 （ 2） 看曲線，調(diào)參數(shù)，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，看曲線的形狀，直接在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逐步反復(fù)試湊，一直得到滿意數(shù)據(jù)。 串級(jí) 溫度 控制系統(tǒng)的基本結(jié) 構(gòu)及原理 過熱 蒸 汽溫 度 串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 32所示： 圖 32 過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng) 該汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)中，有主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器。為此再取一 個(gè)對(duì)減溫水量變化反映快的中間溫度信號(hào) 2q 作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器 PI2 組成如圖 32 所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。因此，在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法找到一個(gè)反應(yīng)靈敏的副參數(shù)，使得干擾在影響主長(zhǎng)春理工大 學(xué) 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 參數(shù)之前就得到克服，副回路 的這種超前控制作用，必然使控制質(zhì)量有很大的提高。 （ 3）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。凡是需采用串級(jí)控制的生產(chǎn)過程，對(duì)控制的品質(zhì)都是很高的，不允許被調(diào)量存在靜差。在此期間，主回路基本上不參加動(dòng)作，由圖 33 得整定副回路時(shí)的方框圖，如圖 35（ a）所示。副調(diào)節(jié)器 2()TWs可選用 P（或 PD）調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選用 PI 調(diào)節(jié)器，以 使副回路有較高的衰減振蕩頻率。 在此方法下主副控制器參數(shù)的工程整定如下： （ 1） 在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在 100％的刻度上，然后逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比 (如 4： 1)過渡過程下的副控制器比例度 δ2S和操作周期 T2S。 （ 2）根據(jù) ? ?2 1()TWs整定主調(diào)節(jié)器 1()TWs。 圖 37 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng) Simulink 結(jié)構(gòu)圖 長(zhǎng)春理工大 學(xué) 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 22 圖 38 串級(jí)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)階躍給定響應(yīng)曲線 由圖可 知衰減 比為 8： 1，系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但 系統(tǒng)超 調(diào) 且 具有較大延遲。 導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成及原理 采用導(dǎo)前微分信號(hào)的過熱汽溫控制系統(tǒng)如圖 39 所示。它包括兩個(gè)閉合的控制回路： 長(zhǎng)春理工大 學(xué) 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 23 由控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū) 02()Ws，導(dǎo)前汽溫變送器 2r? 、微分器 ()dWs、調(diào)節(jié)器 ()TWs、執(zhí)行器 ZK 和減溫水調(diào)節(jié)閥 K? 組成的副回路（導(dǎo)前補(bǔ)償回路） ； 由控制對(duì)象的惰性區(qū) 01()Ws、主汽溫變送器 1r? 和副回路組成的主回路 。因此加入導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的作用可以理解為改變了控制 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，在控制對(duì)象慣性遲延較大的情況下導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)是控制品質(zhì)遠(yuǎn)比單回路控制系統(tǒng)好。 由此可以確定微分器的整定參 數(shù) 長(zhǎng)春理工大 學(xué) 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 26 1 11 212 1D nKK n????? ? 1 112D nTT?? （ 327） 按式（ 327）求得的 ??dWs參數(shù)僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)象的近似補(bǔ)償，即 使 * 00 02 2( ) ( ) KW s W s K? （ 328） 在確定了等效對(duì)象的傳遞函數(shù)之后，對(duì)于調(diào)節(jié)器 ()TWs的參數(shù) ? 和 iT 應(yīng)按等效對(duì)象 *0()Ws來整定（按一般單回路系統(tǒng)的整定方法），其原理框圖如圖 312 所示。因此，采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路系統(tǒng)的副回路，其快速跟蹤和消除干擾的性能不如串級(jí)系統(tǒng)；在主回路中，串級(jí)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器可具有微分作用 ，故控制品質(zhì)也比雙回路系統(tǒng)好，特別對(duì)于慣性、延遲較大的系統(tǒng)，雙回路系統(tǒng)的控制質(zhì)量不如